一种全生物基可降解复合弹性纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种全生物基可降解复合弹性纤维及其制备方法，产品为双组份复合弹性纤维，其中双组份并行排列，一种组份为改性PLA，另一种组份为改性PBAT；改性PLA为PLA与改性剂PBA或PBS熔融共混以及发生部分酯交换反应后的产物；改性PBAT为PBAT与异相成核剂熔融共混的产物；改性PLA与改性PBAT之间通过2,4

【技术实现步骤摘要】
一种全生物基可降解复合弹性纤维及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物可降解纤维材料
，具体涉及一种全生物可降解并列复合纤维弹性纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]双组份并列复合弹性纤维是由两种结构和性能不同的聚合物熔融纺丝构成的永久性三维螺旋卷曲结构的纤维，由于纤维内平行排列的两组份具有不同的收缩性和初始模量。复合纤维纺丝牵伸时，两组份产生相同的伸长，但受热后则由于两组份收缩应力不同而产生异收缩效应，因此，收缩时相互有协调牵制作用，收缩快的组份对收缩慢的组份产生收缩压力；反之，收缩快的组份受到收缩慢的组份产生的反向拉伸力。当这两种作用力随着收缩变形到一定程度后达到平衡，收缩力和拉伸力组成一对力偶，在此力偶作用下，整根纤维自发地产生扭转，形成螺旋卷曲的纤维。这种卷曲状的纤维像弹簧一样，具有不同程度的伸缩性和弹性，因此获得螺旋卷曲的关键是两组份具有潜在的收缩应力差，这种双组份卷曲弹性纤维和天然羊毛的卷曲弹性非常相似，赋予纤维良好的弹性。并列复合聚酯弹性纤维解决了传统的纤维需要通过机械卷绕热加工的方法来获得卷曲结构的方法导致的卷曲结构不稳定和卷曲弹性差的问题，广泛应用在女士内衣、工装裤等领域。两组份良好的相容性是形成并列复合结构的必要条件，目前对并列双组份复合纤维的研究主要分为原料的研究和后期热处理工艺的研究两个部分，原料研究主要是针对PET/PTT、PET/PBT、高粘度PET/低粘度PET、HSPET/PTT、COPET/PTT等。随着弹性纤维的市场需求越来越旺盛，并列复合弹性纤维的产量也在不断增加。但是目前市场的弹性纤维大部分为不可降解原料制成，终端制品废弃后给环境带来负担。
[0003]聚对苯二甲酸/己二酸丁二酯(PBAT)是一种可生物降解弹性体，其大分子链中含有大量柔性脂肪链，具有较好的拉伸性能和柔性。PLA纤维是以玉米、薯类、甜菜或谷物淀粉为原料，经发酵、提纯并经一系列的反应形成的一种新型生物基纤维，具有环保可降解(降解后生成二氧化碳和水)、生产过程能耗低、制成的纤维制品抑菌性好且爽肤导汗(也称导湿)等优点。由于常规PBAT和PLA的相容性较差，并列后的复合纤维容易开纤(即纤维开叉)，因此将PBAT和PLA进行并列复合纺丝制备双组份复合弹性纤维的研究较少，依靠现有常规技术也无法实现PLA/PBAT并列复合纤维的生产。
[0004]中国专利技术专利CN114434807A将PBAT与聚二甲基硅氧烷进行混合，加热程混合物熔体，然后经高压静电纺丝制成纳米纤维丝，再复合到PLA膜表面，形成PBAT/PLA复合膜，该专利主要介绍了膜的制备装置及过程，并未提及纤维；中国专利技术专利CN114213817A将活化后的CaCO3与经扩链剂改性后的PBAT及PLA进行混合，得到一种复合材料，可用于一次性塑料和食品包装材料，也未提及纤维制备；中国专利技术专利CN114316538A公开了一种采用氨基、脒基、胍基等官能团分别对PBAT、PLA进行改性，然后再添加助剂、滑石粉/碳酸钙等填料进行共混挤出，得到改性PBAT
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PLA材料，得到了性能较好的可降解材料，也未提及纤维制备；中国专利技术专利CN113004669A公开了一种采用交联剂增加PBAT/PLA相容的方法，将所需PLA、
PBAT、交联剂等置于高速混合机内进行混料处理后排出，投入连续式密炼机中密炼，喂料到双螺杆挤出机造粒，得到粒料，也未提及纤维制备；中国专利技术专利CN105368013A公开了一种采用扩链剂增加PBAT/PLA相容性的方法，该方法采用ADR扩链剂与PBAT和PLA混合后，加入双螺杆挤出机熔融挤出造粒，在熔融挤出过程中扩链剂增加聚合物的分子量，连接因降解而断裂的聚合物链，在PBAT/PLA共混物中能起到相容剂的作用，也未提及纤维制备。
[0005]综上所述，现有技术主要是对PLA、PBAT进行共混，然后通过添加相容剂、扩链剂等增加两组份的相容性，提升材料的强度和模量，最后用于薄膜的制备。由于相容剂、扩链剂等的加入影响切片的性能，无法用于纺丝，且由于且结晶速率不同，难于用于并列复合纺丝，因此现有技术中没有发现采用PLA与PBAT进行并列复合纺丝的相关技术。
[0006]因此，亟待研究一种全生物基可降解复合弹性纤维及其制备方法，以解决现有技术中PLA与PBAT无法很好地进行并列复合纺丝的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种全生物基可降解复合弹性纤维及其制备方法。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种全生物基可降解复合弹性纤维，为双组份复合弹性纤维，其中双组份并行排列，一种组份为改性PLA，另一种组份为改性PBAT；
[0010]改性PLA为PLA与改性剂PBA或PBS熔融共混以及发生部分酯交换反应后的产物；
[0011]改性PBAT为PBAT与异相成核剂熔融共混的产物；
[0012]改性PLA与改性PBAT之间通过交联剂2,4
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TDI以共价键的形式连接起来。
[0013]作为优选的技术方案：
[0014]如上所述的一种全生物基可降解复合弹性纤维，全生物基可降解复合弹性纤维的单丝纤度为0.65～2.5dtex，断裂强度≥2.5cN/dtex，回潮率大于0.6％，弹性伸长率≥60％，弹性回复率≥50％；全生物基可降解复合弹性纤维按照GBT19277标准进行堆肥实验经45天后降解率为70～90.43％；全生物基可降解复合弹性纤维不易开纤/叉，目前没有测试方法测试两组份的开纤/叉性能，一般认为两组份相容性好就不会开纤/叉，本领域普遍采用通过电镜观察纤维的横截面看出两组份有无明显的分界的方法判断两组份的相容性，若没有明显的分界，证明两组份相容性好，就不会分叉；反之，则反。
[0015]如上所述的一种全生物基可降解复合弹性纤维，异相成核剂为无机纳米粒子，TiO2、纳米蒙脱土、纳米生物质炭等无机纳米粒子都可以适用于本专利技术，由于TiO2不会影响最终纤维的颜色，因而作为本专利技术的优选；异相成核剂的平均粒径为5～10nm。
[0016]如上所述的一种全生物基可降解复合弹性纤维，改性PLA与改性PBAT的质量比为20:80～80:20；改性剂PBA或PBS的质量为PLA质量的10～20wt％；异相成核剂的质量为PBAT质量的0.2～1.0wt％。
[0017]本专利技术还提供制备如上任一项所述的一种全生物基可降解复合弹性纤维的方法，分别将所述改性PLA通过双螺杆1进行加热熔融，将所述改性PBAT与2,4
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TDI的二聚体混合均匀后通过双螺杆2进行加热熔融后，通过熔体增压泵增压后经熔体冷却器输送至纺丝箱体后进行纺丝，制得全生物基可降解复合弹性纤维，其中所述改性PLA中分散有酯交换催化
剂；PBAT的纺丝温度必然高于180℃，在高于180℃时，2,4
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TDI的二聚体分解成单体2,4
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TDI，这个是它本身的特性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全生物基可降解复合弹性纤维，其特征在于，为双组份复合弹性纤维，其中双组份并行排列，一种组份为改性PLA，另一种组份为改性PBAT；改性PLA为PLA与改性剂PBA或PBS熔融共混以及发生部分酯交换反应后的产物；改性PBAT为PBAT与异相成核剂熔融共混的产物；改性PLA与改性PBAT之间通过交联剂2,4
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TDI以共价键的形式连接起来。2.根据权利要求1所述的一种全生物基可降解复合弹性纤维，其特征在于，全生物基可降解复合弹性纤维的单丝纤度为0.65～2.5dtex，断裂强度≥2.5cN/dtex，回潮率大于0.6％，弹性伸长率≥60％，弹性回复率≥50％；全生物基可降解复合弹性纤维按照GBT19277标准进行堆肥实验经45天后降解率为70～90.43％。3.根据权利要求1所述的一种全生物基可降解复合弹性纤维，其特征在于，改性PLA与改性PBAT的质量比为20:80～80:20；改性剂PBA或PBS的质量为PLA质量的10～20wt％；异相成核剂的质量为PBAT质量的0.2～1.0wt％。4.制备如权利要求1～3任一项所述的一种全生物基可降解复合弹性纤维的方法，其特征在于，分别将所述改性PLA通过双螺杆1进行加热熔融，将所述改性PBAT与2,4
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TDI的二聚体混合均匀后通过双螺杆2进行加热熔融后，通过熔体增压泵增压后经熔体冷却器输送至纺丝箱体后进行纺丝，制得全生物基可降解复合弹性纤维，其中所述改性PLA中分散有酯交换催化剂。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述改性PLA的制备过程为：将PLA切片、PBA或PBS切片、抗氧剂和酯交换催化剂进行熔融共混即得所述改性PLA；PBA或PBS切片的添加量为PLA切片添加量的10～20wt％。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，PLA切片的数均分子量为150000～250000，熔点为120～140.03℃；PBA切片的数均分子量为4000～6000，熔点为80～90.17℃；PBS切片的数均分子量为12000～15000，熔点为100～115℃；制备所述改性PLA时，熔融共混采用双螺杆挤出机，双螺杆挤出机分为十一个控温区，一区温度为80～100℃，二区、三区、四区温度为130～150℃，五区、六区温度为130～140℃，七区、八区温度为120～130℃，九区温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健康，陈向玲，王华平，杨兆珍，何培雪，
申请(专利权)人：江苏三联新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：